缺陷黄铜矿结构XGa_2S_4(X=Zn,Cd,Hg)晶体电子结构和光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理超软赝势方法对缺陷黄铜矿结构XGa2S4(X=Zn,Cd,Hg)晶体的晶格结构、电学以及光学性质进行了对比研究.分析比较了它们的晶格常数、键长、能带结构、态密度、介电函数、折射率和反射系数等性质,并总结其变化趋势.结果表明:这三种材料的光学性质在中间能量区域(4eV—10eV)表现出较强的各向异性,而在低能区域(<4eV)和高能区域(>10eV)各向异性较弱.ZnGa2S4和HgGa2S4两种材料的折射率曲线在等离子体频率ωp处有一明显的拐点,反射系数在ωp处达到最大值后急剧下降.三种晶体的强反射峰均处于紫外区域,因此可以用作紫外光屏蔽或紫外探测材料.

半导体材料AAl^2C4(A=Zn，Cd，Hg；C=S，Se)的电子结构和光学性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法，对具有缺陷型黄铜矿结构的半导体材料A^ⅡA12C^Ⅵ（A=Zn，Cd，Hg；C=S，Se）的构型和电子结构进行研究，并系统考察了各晶体的光学性质．对于线性光学性质，五种晶体在红外区和部分可见光区具有良好的透光性能，其中HgAl2S4和HgAl2Se4晶体具有适中的双折射率．在非线性光学性质方面，该类晶体倍频效应较强，理论预测得到的二阶静态倍频系数均较大（〉20pm／V）．体系的倍频效应主要来源于价带顶附近以S／Se价P轨道为主要成分的能带向含有较多A1／Hg价P成分的空带之间的跃迁．通过与已商业化的AgGaCz晶体光学性质的对比，结果表明HgAl2S4和HgAl2Se4是一类性能优良的红外非线性光学晶体材料．